Q345/316L异种金属TLP焊接接头组织与性能研究

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异种金属材料的物理、化学性能有很多不同,化学成分之间也有较大差异,因此异种金属的焊接难度通常比同种金属更大。Q345低合金钢与316L不锈钢异种钢的焊接结构件广泛的应用于诸多工业领域,常规焊接工艺温度高、受热不匀均、需熔化母材等特点易于导致Q345/316L基材的性质差异放大而影响接头性能和稳定性,瞬间液相扩散焊(Transientliquidphase-diffusionbonding,TLP-DB)是一种兼具钎焊与固相扩散焊优点的新型连接技术,十分适合异种钢焊接连接,因此本文采用TLP焊接方法,分别以Cu箔、非晶态BNi-2箔为中间层,控制焊接温度、保温时间、压力为变量,对Q345/316L异种金属进行焊接连接,并对所获得接头进行显微组织、元素迁移、物相生成、力学性能测试和分析,总结其随焊接参数变化的规律,得到结论如下:(1)以Cu箔、非晶态BNi-2箔作为TLP焊接的中间层材料对Q345/316L进行大气环境下的异种钢连接,均有效的实现了冶金结合。(2)以Cu箔为中间层时,温度越高、保温时间越长,元素扩散距离越远,连接层越宽,温度与时间会影响单质Cu与固溶物Cu0.81Ni0.19之间的相互转化;接头切强度随温度升高而呈现出先上升后下降的趋势,参数1130℃、15min、4MPa所得接头剪切强度可达437MPa,母材和焊缝处的显微硬度均随温度升高而下降;参数4MPa、1130℃下试样的剪切强度在保温25min时达到最大值462MPa;焊缝中心的显微硬度随保温时间增加呈现出先下降后上升的趋势,硬度变化受到物相Ni-Cr-Fe、Fe-Cr、[Fe,Ni]、Cr0.19Fe0.7Ni0.11互相转化与析出的影响;压力的大小决定中间层Cu液被挤出后的剩余量,压力越大连接层越窄,Cu元素在连接区域的质量分数越低;接头的剪切强度和显微硬度均随压力增大而增大,最大值可达482MPa、180.1HV。(3)以BNi-2为中间层,以焊接温度为变量,连接层的宽度随温度升高而增宽,最大超过50μm,连接层靠近Q345一侧有明显的连接界面,靠近316L一侧界面形貌与奥氏体晶界相似;随温度升高连接界面的弯曲交错程度增加;试样的剪切强度随温度升高而先升高后降低,保温10min温度1050℃试样的剪切强度可达402MPa。以保温时间为变量,随保温时间增加中间层与316L的组织有趋于一致倾向,20min所得接头的连接层区域析出形貌与奥氏体晶界相似的结构;保温温度为1000℃时,试样的剪切强度随保温时间增加而增加(329MPa、368MPa、374MPa),保温温度为1050℃时,试样的剪切强度随保温时间增加而先增加后降低(402MPa、416MPa、413MPa),保温温度为1100℃时,试样的剪切强度随保温时间增加而降低(400MPa、387MPa、377MPa)。(4)以纯Cu箔为中间层,焊接试样得到较高剪切强度的焊接工艺参数为1130℃、25min、6MPa;以非晶态BNi-2箔为中间层,焊接试样得到较高剪切强度的焊接工艺参数为 1050℃、15min、4MPa。
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